Warmarbeitsstähle werden bevorzugt als hoch beanspruchte Warmarbeitswerkzeuge zur Verarbeitung von Leichtmetalllegierungen, als Warmfließpress- und Druckgießwerkzeuge eingesetzt. Um den Anforderungen im Einsatz zu genügen, müssen diese Stähle ausgezeichnete Festigkeits- und Zähigkeitskennwerte sowie eine gute Anlassbeständigkeit aufweisen, die die Folge einer teilchenverstärkten martensitischen Matrix höchster Homogenität und Mikroreinheit sind. Aufgrund der immer breiter werdenden Anwendungsgebiete werden stetig größere Werkzeugabmessungen gefordert, was das Problem in sich birgt, dass sich beim Härten im Bereich zwischen Bauteilmitte und -oberfläche ein Temperaturgradient einstellt, der zu einer Veränderung der Mikrostruktur führt. Dabei ist im Inneren des Werkzeugs ein Anstieg des Bainitanteils auf Kosten des Martensits zu beobachten, womit eine Änderung der jeweiligen Ausscheidungen einhergeht und die mechanischen Eigenschaften beeinflusst. Das Ziel dieser Dissertation ist es daher ein tiefgehendes Verständnis der Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von der Mikrostruktur entsprechend chemischer Zusammensetzung und Wärmebehandlung zu erhalten. Zum Einstellen einer definierten Mikrostruktur (Martensit, Bainit oder Mischgefüge) wurden die Warmarbeitsstähle X38CrMoV5-1 und X37CrMoV5-1 auf Basis der in der Arbeit experimentell ermittelten kontinuierlichen ZTU- Schaubilder systematischen Wärmebehandlungen unterzogen. Die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Verformungsverhalten, Kerbschlagzähigkeit und Bruchzähigkeit erfolgte mittels Zugversuchen, instrumentierten Kerbschlagbiegeversuchen und KIc- Versuchen. Die Ergebnisse zeigen einen Abfall der mechanischen Eigenschaften mit abnehmender Abkühlgeschwindigkeit. Die Ursache dafür galt es mit begleitenden mikroskopischen Untersuchungen, wie Licht-, Rasterelektronen-, Transmissionselektronenmikroskopie, dreidimensionaler Atomsonde und Neutronenkleinwinkelstreuung, zu klären. Im Bereich von Mikrometer bis Nanometer wurden dabei Korngröße, chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur der auftretenden Ausscheidungen sowie deren Dichte und Größenverteilung analysiert. Resultierend daraus ergab sich, dass die Einbußen an mechanischen Eigenschaften auf die bainitische Mikrostruktur mitsamt verstärkter M7C3- Ausscheidung an ehemaligen Austenitkorn- bzw. Martensit- und Bainitlattengrenzen zurückgehen. Diese detaillierten Untersuchungen liefern die Basis für die Entwicklung und Optimierung von Werkstoffen und Wärmebehandlungen.